探索白细胞介素-18缺陷小鼠抑郁样表型发展涉及的分子机制

Exploring Molecular Mechanisms Involved in the Development of the Depression-Like Phenotype in Interleukin-18-Deficient Mice.

作者信息Kyosuke Yamanishi, Masahiro Miyauchi, Keiichiro Mukai, Takuya Hashimoto, Noriko Uwa, Hitomi Seino, Wen Li, Naomi Gamachi, Masaki Hata, Sachi Kuwahara-Otani, Seishi Maeda, Yuko Watanabe, Hiromichi Yamanishi, Hideshi Yagi, Haruki Okamura, Hisato Matsunaga
PMID34708129
发布时间2021-10-18
DOI10.1155/2021/9975865

实验完整度

包含人脑组织免疫荧光、小鼠模型基因表达分析(微阵列、RT-qPCR)和蛋白验证(Western blot、ELISA),但有机制验证不足,未进行功能实验。

主要模型

Il18−/−小鼠(C57Bl/6背景) 慢性温和应激(CMS)小鼠模型 人脑前额叶皮层组织切片(健康对照和抑郁症患者)

重点核对

小鼠品系:C57Bl/6背景,Il18−/−和Il18+/+同窝对照雄性小鼠 样本量:RT-qPCR和Western blot每组n=6,ELISA每组n=18,血清AHSG和TTR测量n=10 组织区域:前额叶皮层、下丘脑、海马 基因表达验证:RT-qPCR,以β-actin为内参 蛋白检测:Western blot(脑组织)和ELISA(血清)

摘要

白细胞介素-18(IL-18)是一种炎症细胞因子,与能量稳态以及抑郁和认知障碍等精神症状相关。我们之前的研究揭示,IL-18缺陷导致海马异常,并引起抑郁样症状。然而,IL-18缺陷对其他脑区的影响仍有待阐明。在本研究中,我们首先试图确认神经细胞中IL-18的表达可在人脑组织中发现。随后,我们检测了Il18−/−小鼠前额叶皮层的基因表达,并将其与慢性温和应激抑郁模型小鼠的基因表达进行了比较。提取的基因进一步使用Ingenuity® Pathway Analysis进行分析,其中鉴定出慢性温和应激模型和Il18−/−小鼠共有的18个基因。其中,16个基因在Il18+/+和Il18−/−小鼠之间表达显著差异。我们还测量了血清和脑中α-2-HS-糖蛋白(AHSG)和转甲状腺素蛋白(TTR)的蛋白表达。在Il18−/−小鼠的前额叶皮层中,TTR(而非AHSG)显著降低。相反,在Il18−/−小鼠的血清中,AHSG显著升高,但TTR没有变化。因此,我们的结果表明,在IL-18缺陷条件下,脑中的TTR是与抑郁有因果关系的介质之一,而外周器官中的AHSG是诱导能量失衡的调节因子之一。此外,这项研究提出了一个可能的“路标”,以阐明免疫系统、能量代谢、神经功能与抑郁障碍之间共同的分子机制。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
IL-18缺陷如何通过影响前额叶皮层等脑区的分子表达而导致抑郁样表型?
核心机制
IL-18缺陷导致前额叶皮层中TTR蛋白表达降低,可能是抑郁发展的中介因素;外周血清中AHSG升高与能量失衡相关。
主要证据
人脑免疫荧光显示IL-18表达于神经元;RT-qPCR和Western blot显示Il18−/−小鼠前额叶皮层TTR显著降低,血清AHSG显著升高。
研究意义
提出IL-18可能作为阐明免疫系统、能量代谢、神经功能和抑郁障碍之间分子联系的“路标”,并可能为抑郁和阿尔茨海默病的新疗法提供思路。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

人脑组织中IL-18表达验证

确认IL-18蛋白在人脑前额叶皮层神经元中的表达。

使用健康对照和抑郁症患者的人脑前额叶皮层组织切片进行IL-18和MAP2双免疫荧光染色。

2

基因表达谱分析及共同分子鉴定

比较IL-18缺陷小鼠和慢性温和应激抑郁模型小鼠的基因表达,找出共同分子。

使用先前微阵列数据,筛选表达变化超过两倍或低于一半的基因,并取交集;通过IPA分析进一步筛选与精神疾病相关的基因。

3

RT-qPCR验证候选基因表达

验证Il18−/−和Il18+/+小鼠前额叶皮层中候选基因的mRNA表达差异。

提取RNA并进行RT-qPCR,检测18个候选基因的表达。

4

蛋白表达验证

验证候选蛋白AHSG和TTR在脑区和血清中的表达变化。

通过Western blot检测脑组织(PFC、下丘脑、海马)中AHSG和TTR蛋白水平;通过ELISA检测血清中AHSG、TTR和IL-18水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
HistoVT One抗原修复液Nacalai Tesque Inc.06380-76
Can Get Signal免疫反应增强液Toyobo Co. Ltd.NKB-601
抗小鼠IL-18抗体Proteintech Japan60070-1-lg
抗兔MAP2抗体Merck MilliporeAB5622
HeLa全细胞裂解液Santa Cruz Biotechnology, Inc.sc-2200
Alexa Fluor 488标记山羊抗小鼠IgGThermo Fisher Scientific K.K.A-11011
Alexa Fluor 555标记山羊抗兔IgGAbcamab150078
含DAPI的Vectashield封片剂Vector Laboratories, Inc.H-1800
ISOGEN RNA提取试剂Wako Pure Chemical Industries, Ltd.311-02501
Hybond-P PVDF膜Amersham Bioscience--
抗β-actin抗体Cell Signaling Technology, Inc.5125S
抗AHSG抗体BIOSSbs-2922R
抗TTR抗体Santa Cruz Biotechnology, Inc.sc-13098
辣根过氧化物酶标记二抗GE HealthcareNA9340V
Restore Western blot剥离缓冲液Thermo Fisher Scientific K.K.21059
AHSG ELISA试剂盒R&D Systems, Inc.MFTA00
IL-18 ELISA试剂盒Medical & Biological Laboratories Co., Ltd.7625
TTR ELISA试剂盒Immunology Consultants Laboratory, Inc.E-90PRE
LSM780共聚焦显微镜Carl Zeiss Co. Ltd.LSM780
Sigmaplot软件Systat Software Inc.version

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物实验
小鼠品系(C57Bl/6背景)、性别(雄性)、年龄(12周龄)、饲养条件(温度22±1°C,湿度50%-60%,12小时光暗循环)、样本量(RT-qPCR和Western blot每组n=6,ELISA每组n=18,血清AHSG和TTR测量n=10)
阅读提示:见Materials and Methods - Animals
人脑组织免疫荧光
人脑组织切片来源(BioChain Institute Inc.)、病例(健康对照和抑郁患者)、抗原修复条件(HistoVT One 90°C 40分钟)、抗体稀释度(IL-18 1:50,MAP2 1:500)
阅读提示:见Materials and Methods - Human Brain Tissue和Immunofluorescence Staining
RT-qPCR
RNA提取方法(ISOGEN)、逆转录PCR条件(90°C 30s,61°C 20min逆转录;45个循环98°C 1s,67°C 15s,74°C 35s)、内参基因(β-actin)
阅读提示:见Materials and Methods - RNA Purification和RT-qPCR
Western blot
组织样品(PFC、下丘脑、海马)、抗体稀释度(AHSG 1:250,TTR 1:200)、上样量及内参(β-actin)
阅读提示:见Materials and Methods - Western Blotting
ELISA
血清样本、检测指标(AHSG、IL-18、TTR)、试剂盒品牌及货号
阅读提示:见Materials and Methods - ELISA